印制板可制造性设计培训资料教材

印制板可制造性设计培训资料适用于印制电路板（含穿孔插装_简称THT及表面贴装_简称SMT）在可制造性(DFM)方面的PCB工艺设计及审核

Nov.20121CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.1设计人员从标准器件库选用器件时，应按实际使用情况对焊盘进行核对、并按实际要求进行修改。2.2印制板上的机械安装孔如果不是同时用于接地,应设置为光孔(即安装孔内壁不允许有电镀层),以防过波峰焊后堵孔。2.3

元件孔一定要安排在基本格、1/2、1/4基本格上，便于印制板加工时数控钻床编程及提高钻孔精度。Nov.20122CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.4再流焊与波峰焊元器件的排列方向设计2.4.1每一种PCB板都必须在设计时就确定其长边的一个方向为过波峰焊炉或回流焊炉的方向。见图一。

图一2.4.2再流焊工艺的元器件排布方向为了使PCB两侧温度尽量保持一致，减少由于元器件两侧焊端不能同步受热而产生立碑、移位、焊端脱离焊盘等焊接缺陷，因此要求:Nov.20123CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求a.PCB上两个端头的片式元件的长轴应垂直于再流焊炉的传送带方向；b.SMD器件长轴应平行于传送带方向。见图二。

再流焊炉传送带方向图二对大尺寸的PCB板：c.SMD器件的长轴与PCB的长边平行,PCB长边应平行于再流焊炉的传送带方向；d.

双面组装的PCB两个面上的元器件取向一致。Nov.20124CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.4.3

波峰焊工艺的元器件排布方向。见图三。波峰焊料流动方向

图三

PCB运行方向a.Chip元件的长轴应垂直于波峰焊机的传送带方向；SMD器件长轴应平行于波峰焊机的传送带方向。Nov.20125CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求b.为了避免阴影效应，同尺寸元件的端头在平行于焊料波方向排成一直线；不同尺寸的大小元器件应交错放置；小尺寸的元件要排布在高、大元件的前方；防止元件体遮挡焊接端头和引脚。当不能按以上要求排布时，元件之间应留有3～5mm间距。c.

为了减小阴影效应提高焊接质量，波峰焊的焊盘图形设计时要对矩形元器件、SOT、SOP元器件的焊盘长度作如下处理(见图四)：Nov.20126CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求延伸元件体外的焊盘长度，作延长处理；对SOP最外侧的两对焊盘加宽，以吸附多余的焊锡（俗称窃锡焊盘）小于3.2mm×1.6mm的矩形元件，在焊盘两侧可作45°倒角处理。Nov.20127CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求d.元器件的特征方向应一致，如：电解电容器极性、二极管的正极、三极管的单引脚端、集成电路的第一脚等。e.

多个引脚在同一直线上的器件，象连接器、DIP封装器件、T220封装器件，布局时应使其轴线和波峰焊方向平行，防止过波峰焊时引脚间短路。见图五。Nov.20128CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求f.

较轻的器件如二极管和1/4W电阻等，布局时应使其轴线和波峰焊方向垂直，防止过波峰焊时因一端先焊接凝固而使器件产生浮高现象。见图六。图六Nov.20129CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.5元器件的间距设计2.5.1与元器件间距相关的因素：a.

元器件外型尺寸的公差,元器件释放的热量;b.

贴片机的转动精度和定位精度;c.

布线设计所需空间,已知使用层数；d.

焊接工艺性和焊点肉眼可测性；e.

自动插件机所需间隙;f.

测试夹具的使用;g.

组装和返修的通道；Nov.201210CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.5.2一般组装密度的焊盘间距。见图七。Nov.201211CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.5.3DIP到SMT元件间距。见图八。Nov.201212CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.5.4连接器到SMT元件的间距。见图九。Nov.201213CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.5.5振荡器到SMT元件的间距。见图十。Nov.201214CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.6

丝网图形2.6.1一般情况需要在丝网层标出元器件的丝网图形，丝网图形包括丝网符号、元器件位号、极性和IC的1脚标志。2.6.2丝印时焊盘内不允许印有字符和图形标记。见图十一。元器件位号等标志符号离焊盘边缘距离约为0.5mm。Nov.201215CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.6.3

丝印的粗细、方向、间距、精度等要按标准画。高密度窄间距时可采用简化符号。见图十二。例如：钽电容方向用倒角表示“＋”方向。Nov.201216CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.7

阻焊图形2.7.1焊盘内不允许有阻焊漆的污染。因此阻焊图形尺寸要比焊盘周边大0.05～0.254mm，通常在焊盘周遍默认设置4mil宽的免阻焊区，小间距焊盘可设置为2mil。以防止阻焊漆污染焊盘。2.7.2当窄间距或相邻焊盘间没有导线通过时，允许采用图十三(a)的方法设计阻焊图形；当相邻焊盘间有导线通过时，为了防止焊料桥接，应采用如图十(b)的方法设计阻焊图形。Nov.201217CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.8

铜箔与板边最小距离为0.5mm,元件与板边最小距离为5.0mm,焊盘与板边最小距离为4.0mm。（多板拼装的PCB，铜箔距V型CUT槽0.75mm以上），以满足：2.8.1SMT贴片机工作的最小距离；2.8.2

防止过锡炉链爪卡到零件或零件脚；2.8.3

防止在分板时线路铜箔被切断。2.8.4

若因设计原因无法满足上述要求，则应设置5mm宽的工艺夹持边。2.9

隔热焊盘。焊盘与较大面积的导电区如地、电源等铜箔平面相连时，应通过若干宽度较细的导电线路连接以进行热隔离。见图十四。Nov.201218CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.10

插件元件每排引脚数较多，当相邻焊盘边缘间距为0.6mm--1.0mm时，焊盘形状为圆形，且必须在焊零件DIP后方设置窃锡焊盘。见图十五。Nov.201219CreatedbyDavidWang2通用工艺设计要求2.11导通孔直径一般不小于0.5mm；最小孔径与板厚度的比不小于1：5，过小的比例在金属化孔时，工艺难度加大，成本上升。2.12元器件位号及装配(BOM)表的工艺要求装配(BOM)表在满足原理要求，正确表述所选用的元器件的基础上，尚需符合以下工艺要求：2.12.1

元器件位号必须与该元器件关联且与装配(BOM)表一致，在物理位置上，元器件位号应尽量以接近该元器件的位置进行放置。2.12.2装配(BOM)表中必须有元器件的封装，并与PCB板上所设计的封装及元器件的实际封装取得一致。Nov.201220CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1焊盘与孔的关系3.1.1

焊盘直径＞孔的直径（焊环）最小尺寸要求：国标：0.2mm，最小焊盘宽度大于0.1mm。航天部标准：Ф0.4mm，一边各留0.2mm的最小距离。美军标准：Ф0.26mm,一边各留0.13mm的最小距离。焊盘直径考虑的因素：打孔偏差；焊盘附着力和抗剥强度。孔直径＜0.4mm的焊盘设计：D=(2.5~3)d一般不推荐采用孔直径＞2mm的焊盘设计：D=(1.5~2)dNov.201221CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.2

未做特别要求时，通孔安装元件焊盘的规格如下(见图十六)：Nov.201222CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.3对引脚间距≤2.0mm的手插PIN、电容、立式成型的电阻等，焊盘规格为：a.

多层板焊盘直径=孔径+0.2～0.4mm；b.

单层板焊盘直径=2×孔径。Nov.201223CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.4

金属化后的孔径＞0.2～0.3mm的引线(脚)直径。这样有利于波峰焊的焊锡往上爬，同时利于排气，如果孔太小，气体跑不出来，会夹杂在焊锡里,在内部产生气泡、空洞。孔径太大,焊点容易产生锡洞，也会造成元件偏斜、东倒西歪，影响外观质量。注意，引线(脚)直径应考虑包含：引线(脚)镀层厚度≥25μm；引线(脚)搪锡后直径会加大0.1mm。直径＜∮0.5mm的孔一般不能用作焊接孔，这是因为孔受热后，内层容易断裂。手工插装元件引脚与焊盘孔的配合要求。见图十八。Nov.201224CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.5针对引脚间距≤2.0mm的手插PIN、电容、立式成型的电阻等,插件引脚的通孔规格为0.711mm/28mil。见图十九。这可以改善零件过波峰焊时短路的不良现象。Nov.201225CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.6

过波峰焊的插件元件焊盘边缘间距应大于1.0mm（包括元件本身引脚的焊盘边缘间距），以保证过波峰焊时不短路。见图二十。1.0mm

1.0mmNov.201226CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.1.7IC焊盘设计IC孔径=0.8mm圆形焊盘直径尺寸2.2mm；椭圆形焊盘长>1.5mm，宽为1.27mm。引脚间距＝2.54mm(0.1英寸)，封装体宽度有2种，成形器有宽窄2种，焊盘孔跨距宽度2种，尺寸为：7.62mm（0.3英寸）和15.24mm（0.6英寸）。Nov.201227CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.2焊盘的形状3.2.1焊盘的形状由布线密度决定，一般有：圆形、椭圆、长方形、方形、泪滴形等。3.2.2

当焊盘直径

1.5mm时，为了提高附着力，增加抗剥强度，可采用椭圆形焊盘，这在集成电路引脚中经常采用。同时也好走线及焊接，减少连焊。3.2.3大型元器件（如：变压器、直径15.0mm以上的电解电容、大电流的插座、IC、三极管等）应加大铜箔及上锡面积，如下图；阴影部分面积最小要与焊盘面积相等。这样做可以(见图二十一)：a.

增强焊盘强度；b.

增加元件脚的吃锡高度。

Nov.201228CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.2.4需要过波峰焊后才焊的元件,焊盘要开走锡位,方向与过炉方向相反,宽度视孔的大小为0.5～1.0mm，以防止过波峰焊后堵孔。见图二十二。3.2.5铜箔导线的宽度与圆焊盘的外直径之比小于或等于1/2时，则需将焊盘与导线之间的连接设计成泪滴形，以增强焊盘强度,避免导线与焊盘断开或起皮。见图二十三。Nov.201229CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.2.6未做特别要求时，元件孔形状、焊盘与元件脚形状必须匹配，并保证焊盘相对于孔中心的对称性（方形元件脚配方形元件孔、方形焊盘；圆形元件脚配圆形元件孔、圆形焊盘），以保证焊点吃锡饱满。见图二十四。Nov.201230CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.3THT类轴向元器件标准孔（跨）距Nov.201231CreatedbyDavidWang3THT工艺设计要求3.4其他设计要求对于IC、排电阻、接线端子、插座等等：孔距为5.08mm（或以上）的，焊盘直径不得小于3mm；孔距为2.54mm的元件，焊盘直径最小不应小于1.7mm。电路板上连接220V电压的焊盘间距，最小不应小于3mm。流过电流超过0.5A（含0.5A）的焊盘直径应大于等于4mm。焊盘以尽可能大一点为好，对于一般焊点，其焊盘直径最小不得小于2mm。Nov.201232CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.1在SMT工艺中应尽量采用再流焊方式，避免波峰焊方式。再流焊方式具有以下优越性(本章中不特别指明均为再流焊方式)；a.

元器件受到的热冲击小。b.

能控制焊料量，焊接缺陷少，焊接质量好，可靠性高；c.

焊料中一般不会混入不纯物，能正确地保证焊料的组分；d.

有自定位效应（selfalignment）e.

可在同一基板上，采用不同焊接工艺进行焊接；f.

工艺简单，修板量极小。从而节省了人力、电力、材料。Nov.201233CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.2导通孔设置a.除SOIC、QFP或PLCC等器件之外，不能在其它元器件下面打导通孔；b.不能把导通孔直接设置在焊盘上、焊盘的延长部分和焊盘角上（见图6）。这样做焊料会从导通孔中流出，造成焊膏量不足。c.导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细线相连，细线的长度应

0.5mm，宽度小于0.4mm。见图二十五。Nov.201234CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求Nov.201235CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求Nov.201236CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.6SMT设备对PCB设计的要求4.6.1PCB外形、尺寸设计进行PCB设计时，首先要考虑PCB外形。PCB的外形尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。同时PCB外形尺寸的准确性与规格直接影响到生产加工时的可制造性与经济性。PCB外形设计的主要内容包括：a.

形状设计。印制板的外形应尽量简单，一般为矩形，长宽比为3：2或4：3。其尺寸应尽量靠标准系列的尺寸，以便简化加工工艺，降低加工成本。同时板面不要设计得过大，以免再流焊时引起变形。见图二十八。Nov.201237CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求图二十八PCB外形尺寸系列(单位：mm)Nov.201238CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求b.

当直接采用导轨传输PCB时，PCB外形必须是笔直的。如果是异形PCB，必须设计工艺边使PCB的外形成直线。见图二十九。c.PCB尺寸设计

PCB尺寸是由贴装范围决定的。在设计PCB时，一定考虑贴装机、印刷机等的最大、最小贴装尺寸。按本公司的设备综合考虑，推荐PCB允许长×宽＝450×350～100×100。当PCB尺寸小于最小贴装尺寸时，必须采用拼板方式。当单板元器件数量较少时，为提高贴装效率，也必须考虑拼板方式。Nov.201239CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.6.2基准标志(Mark)基准标志(Mark)是为了纠正PCB贴装加工误差，用于光学定位的一组图形。因此在SMT加工中，印制板必须设置光学基准(Mark)点，以便于贴装机对每一块印制板进行位置的精确校准。推荐设置原则为：每板按对角线以尽可能大的尺寸设2个无孔圆形焊盘(Mark点)，若Mark点需要设置在工艺夹持边上，则应确保Mark点不会被贴装机夹持装置遮盖及不会被印制板上的V型割槽割破。a.Mark形状：实心圆、三角形、菱形、方形、十字、空心圆等都可以，优选实心圆。见图三十。Nov.201240CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求b.Mark尺寸：推荐

1mm～

2mm。c.Mark周围：考虑到阻焊材料颜色与环境反差，在Mark点周围应设有1～2mm的无阻焊区，在Mark点周边(Mark点直径+4mm)的范围内不得有其它的焊盘、过孔及丝印等干扰点。特别注意不要把Mark设置在电源大面积地的网格上。Mark与电路原图应同时生成。d.Mark表面：裸铜、镀锡、镀金均可，但要求镀层均匀、平整，不要过厚及表面高出呈圆弧状，否则会造成机器无法识别的情况。e.基准标志图示（单位：mm）Nov.201241CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求f.PCB光学基准标志一般设置2～3个，均在PCB的角上（2点应对角布放，同时不要与PCB外形对称，否则容易造成贴片方向错误）。见图三十二。Nov.201242CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.6.3PCB夹持边的要求在PCB夹持边附近不能布放元器件及Mark点。不能布放元器件及Mark点的区域(见图三十三)：

若因设计原因无法做到，则应添加相应尺寸的工艺夹持边。Nov.201243CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求4.6.4SMT拼板设计要求a.当PCB尺寸小于最小贴装尺寸（＜100mm×100mm）时必须采用拼板方式，异形板也需拼板。拼板可以提高生产效率。b.拼板的尺寸不可太大，也不可太小，应以制造、装配、和测试过程中便以加工，不产生较大变形为宜。根据PCB厚度确定。(1.6mm厚度的PCB最大拼板尺寸350mm×220mm)。c.拼板通常应加工艺夹持边，一般宽为5mm。Mark点应加在每块小板的对角线上，一般为二个点。当设计上无法做到时，Mark点可设置在工艺夹持边上，此时应设工艺夹持边宽为10mm，以符合4.6.2条的要求。d.双面贴装采用再流焊工艺时，可采用双数拼板正反各半，两面图形完全相同的PCB拼板设计法。优点为，这种设计可以采用同一块印刷模板、同一套SMT生产贴装程序，节省编程、翻面生产的准备时间、大大提高生产效率和设备利用率。Nov.201244CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求e.拼板中各块PCB之间的互连有双面对刻V形槽和断签式两种方式。要求既有一定的机械强度，又便于贴装后的分离。f.拼板元件布局要求拼板设计元件排列要避免分割应力而造成元件裂损。见图三十四。Nov.201245CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求g.拼板互连方式断签式互连方式。见图三十五。Nov.201246CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求Nov.201247CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求Nov.201248CreatedbyDavidWang4SMT工艺设计要求Nov.201249CreatedbyDavidWang5.设计及审核流程5.1要求设计人员应了解一些SMT工艺，熟悉可制造性设计（DFM）规范，在不影响功能的前提下，自觉按照设计规范进行新产品设计。5.2

设计中应自觉考虑：组装、测试、检验、返修等整个产品制造成本和工艺流程，选择标准元器件和标准工艺；减少制具、工具的复杂性和成本。尽可能缩短工艺流程5.3

设计完成后设计人员应自审；5.4

项目组成员校对；5.5

项目组长审核；5.6

工艺人员进行工艺审核。5.7

工艺人员审核时设计人员应提供受审PCB板的Protel图、元器件装配表等文件。Nov.201250CreatedbyDavidWang6.目前常见问题6.1过孔在焊盘上；6.2

丝印在焊盘上；6.3MARK点设置不符合要求；6.4未能充分考虑到机械安装，导致螺钉帽与PCB板上导线短路或致短路隐患；6.5

板子尺寸（过小或过大）不符合要求，严重降低生产效率和工艺质量。6.6

使用PGA、BGA器件，在现有设备条件下不能确认底部引脚焊接质量；或使用大器件（如电源模块），热容量大，易导致虚焊。Nov.201251CreatedbyDavidWangTIPS1在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

Nov.201252CreatedbyDavidWangTIPS2自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。Nov.201253CreatedbyDavidWangTIPS31、电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述。众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm，对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。

Nov.201254CreatedbyDavidWangTIPS42、数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

Nov.201255CreatedbyDavidWangTIPS53、信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可